金鹵燈電子鎮流器動態和穩態特性研究

摘要：介紹了一種250W金鹵燈電子鎮流器，電路由PFC，Buck變換器和全橋逆變器組成。為了避免聲諧振，全橋逆變器工作在200Hz低頻方波，并在此基礎上系統地研究金鹵燈的動態和穩態特性。

關鍵詞：電子鎮流器；金屬鹵化物燈；聲諧振

1 引言

目前，金屬鹵化物燈因其光效高，顯色性好，壽命長等優點，已在眾多的照明領域獲得廣泛應用。但由于其伏－安特性非線性的緣故，需要鎮流器進行啟動和穩弧放電。

氣體放電燈，特別是金鹵燈在高頻工作時有聲諧振的問題，會導致弧光的不穩定、色溫的變化、甚至息弧。克服聲諧振的方法主要有：

1）使氣體放電燈工作在極高頻^[2]，超出聲諧振的頻率范圍，但是由于開關損耗與開關頻率成正比，散熱和效率問題會變得異常突出；

2）使氣體放電燈工作在調頻狀態[^3]，使得聲諧振不可能形成，但是各個廠家生產的氣體放電燈在外形上不太一樣，無聲諧振的頻帶也不一樣，所以也比較困難；

3）使氣體放電燈工作在低頻方波，聲諧振的頻帶一般在幾kHz到1MHz，所以聲諧振一般就不會形成了。

本文采用三級的電子鎮流器，工作于低頻方波模式，并采用恒功率控制，避免了采用恒流控制方法而導致的隨著燈泡的老化而燈電壓升高的問題。

2 電路拓撲

本文介紹的250W電子鎮流器如圖1所示，是 針 對 美 國 電 網 市 電 標 準 開 發 的 ， 所 以 輸 入 電 壓 為 交 流120 V。 為 了 獲 得 較 高 的 功 率 因 數 ， 第 1級 功 率 因 數 校 正 電 路 （ PFC） 將 120V交 流 電 轉 換 為 240 V直 流 ， 第 2級 DC/DC變 換 器 用 作 恒 功 率 控 制 ， 第 3級 DC/AC逆 變 器 將 直 流 轉 變 為 200 Hz方 波 電 壓 。 由 于 金 鹵 燈 燈 需 要 2～ 3 kV的 點 火 電 壓 ， 所 以 加 了 一 個 單 級 的 點 火 器 ， 用 來 產 生 高 壓 脈 沖 。 恒 功 率 控 制 采 樣 了 Buck變 換 器 （ 第 2級 DC/DC） 的 輸 出 電 壓 和 電 流 來 控 制 Buck變 換 器 的 PWM驅 動 信 號 。

圖1 電子鎮流器總框圖

3 電路工作原理

第 1級電路如圖2所示，由EMI濾波器和PFC電路組成。其中PFC電路采用MC34262芯片控制，可以獲得接近于1的功率因數，它將交流120V轉變為240V直流，作為下一級DC/DC變換器的輸入。

圖2 第1級PFC主電路

第2和第3級的主電路如圖3所示，分別由一個Buck變換器和一個全橋逆變電路組成。當金鹵燈起輝前，由于負載開路，電流檢測為零，Buck控制輸出最大占空比，Buck電路輸出為240V左右，經R3向C₃充電，當充到雙向觸發管(SIDAC)的觸發電壓時，觸發管導通，C₃放電，高壓加在升壓變壓器T₁的原邊，副邊輸出一個2～3kV的高壓脈沖，加在金鹵燈的兩端，提供其點火電壓，如果一次點火失敗，C₃又被充電，重復以上過程，直到金鹵燈被點亮。當金鹵燈點亮后電流增大，則Buck變換器的輸出將會下降，穩態工作點大約在120V，低于SIDAC的觸發電壓，不會產生高壓脈沖，當燈泡壞了以后不需要關掉電源，只要重新換上新的燈泡又可以重新點亮。

圖3 第2和第3級主電路